[发明专利]一种锂离子电池正极复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池正极材料制备技术领域，涉及了一种锂离子电池正极复合材料(Li₂FeSiO₄/C)及其制备方法。

背景技术

当今世界，石油资源日渐紧张，环境污染日趋严重，人们对以绿色二次电池为动力的二次能源越来越重视。锂离子电池经过十多年的发展，在目前的二次电池市场上是最具活力的绿色能源，有望成为电动车和混合动力车的理想储能装置。可用于混合电动汽车等领域的高性能动力电池正处于产业化即将突破的阶段，而正极材料是动力型锂离子电池的关键部分，其性能的提高和成本的降低，直接影响整个动力电池产业。因此寻求廉价、性能稳定、安全、环境友好的电池正极材料对发展动力电池产业至关重要。近年来聚阴离子型正极材料的问世，特别是LiFePO₄以其低廉、安全、循环稳定等优点而成为锂离子动力电池正极材料的研究热点。在诸多聚阴离子型化合物中，Li₂FeSiO₄因具有比LiFePO₄原料储量更丰富和环境更友好的特性，引起了锂离子电池材料领域极大的兴趣。Anton Nyte’n等在2005年利用固相法成功地合成了Li₂FeSiO₄。[Nyte’n A，Abouimrane A，Armand M，et al.Electrochemicalperformance of Li₂FeSiO₄ as a new Li-battery cathodematerial[J].Electrochemistry Communications，2005，7：156-160.]据已有的文献来看，大多采用高温固相法合成硅酸亚铁锂，也有通过溶胶凝胶法以及水热法等软化学方法来合成硅酸亚铁锂[R.Dominko，D.E.Conte，D.Hanzel et al.Impact of synthesisconditions on the structure and performance of Li₂FeSiO₄[J].Journal of PowerSources，2008，178(2)：842-847.]。固相法合成虽然方法简单，但该方法有着共同的缺点就是合成后的材料晶粒大，分布不均匀。溶胶凝胶法合成的优点在于得到的材料颗粒均匀性良好，但该方法工艺复杂不易控制且反应时间较长。目前采用的工艺都需要很长的处理时间，能量消耗过大，而且大部分研究中所制备的材料含有杂相，纯度不够。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池正极复合材料及其制备方法，以获得结晶好、晶粒细小均匀、具有高纯度的碳包覆复合正极材料，实现对Li₂FeSiO₄正极材料电化学性能的改善。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种锂离子电池正极复合材料，其特征在于，该锂离子电池正极复合材料的分子式为Li₂FeSiO₄/C，按质量百分比，硅酸盐的含量为95％～80％，所复合的碳的含量为5％～20％。

一种锂离子电池正极复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将摩尔比为1∶1的亚铁盐和硅酸盐通过球磨使其均匀混合，得混合物；用去离子水充分洗涤该混合物，于50~120℃烘干得到前驱体；

2)再将前驱体与锂盐以及有机碳源进行混合球磨，锂盐中Li元素与前驱体中Fe元素的摩尔比为2∶1，有机碳源的加入量为：按质量比前驱体∶有机碳源＝1∶0.2～0.5，前驱体与锂盐以及有机碳源混合均匀后压片，在惰性气体保护下微波热处理，微波热处理温度为600～800℃，制得Li₂FeSiO₄/C锂离子电池正极复合材料，按质量百分比，硅酸盐的含量为95％～80％，所复合的碳的含量为5％～20％。

亚铁盐和硅酸盐球磨混合的时间为30~60min，前驱体与锂盐以及有机碳源进行混合球磨的时间为2～6h，微波热处理的时间为5～20min。

铁盐选自氯化亚铁、硫酸亚铁中的至少一种；硅酸盐选自偏硅酸钠、偏硅酸钾中的至少一种；步骤2)中，所述的锂盐选自乙酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的至少一种；所述的有机碳源选自淀粉、葡萄糖、蔗糖、聚乙烯醇中的至少一种。